全球化石能源的快速消耗以及嚴重的環(huán)境污染問題使得人們加快了研究開發(fā)可再生清潔能源的步伐。太陽能作為一種取之不盡用之不竭的綠色能源,引起了人們的極大關注,對其進行了廣泛的利用與轉(zhuǎn)化研究。當前,太陽能分解水制氫被認為是最有前景的綠色能源獲取方式,人們在這一領域進行著不懈的努力。光電催化水分解主要是基于半導體光電極進行水裂解產(chǎn)氫產(chǎn)氧的研究,其中,發(fā)生在光陽極的產(chǎn)氧過程由于熱力學的難題成為限制光電催化水分解實現(xiàn)的最關鍵瓶頸問題。研究最廣泛的光陽極材料包括α-Fe₂O₃、BiVO₄和WO₃等n型半導體,但是他們?nèi)匀淮嬖诟髯缘娜秉c,比如光生載流子容易體相復合、表面產(chǎn)氧動力學緩慢以及材料穩(wěn)定性較差。本論文針對這些光陽極半導體材料各自的問題,通過不同的均相和多相產(chǎn)氧催化劑,來設計和構(gòu)筑復合/雜化的光陽極,從而提升光陽極的光電催化水氧化性能。主要的工作內(nèi)容如下:1.通過水熱方法合成了納米棒的α-Fe₂O₃光電陽極,然后我們采納多金屬氧酸鹽[(A-α-SiW₉

【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

半導體/電解液的固液界面能級圖：（a）平衡前；（b）平衡后；（c）光照條件下[5]

圖 1-2 光電催化水分解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖[6]因此帶隙必須小于 3.2 eV。但是為了滿足水分解的要求，理論帶隙能必須大于1.23 eV，實際帶隙能約大于 1.8 eV（考慮過電勢等影響），即吸收光的上限是 700nm 左右。也就是說，光陽極半導體一般選用帶隙能 1.8~3.2 eV 的 n 型半導體，其吸光能力就可以滿足對可見光區(qū)太陽光的吸收。其次，所選半導體需要具有可靠的穩(wěn)定性。光腐蝕是影響半導體的穩(wěn)定性最主要的一個問題，一些半導體的光生載流子會自氧化/還原其金屬離子，造成光腐蝕，導致光陽極不穩(wěn)定。一個例子就是 BiVO4光陽極，光照條件下，其 V5+離子容易溶脫[7]，導致光腐蝕的發(fā)生。另一個影響光電極穩(wěn)定性的因素是 pH 值，典型的例子是 WO3。一般情況下，堿性條件會使得 WO3自身發(fā)生腐蝕，所以基于 WO3構(gòu)筑光陽極必須采用酸性或者中性電解液。最后，所選半導體需要具有較好的電荷分離與傳輸能力，減少光生電子-空穴對的復合率。這就需要考慮所選半導體的本身屬性、材料結(jié)晶度以及

比如納米棒、納米顆粒、納米樹和納米管等（如圖1-3 所示）。合適的納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑不僅有利于減少光生載流子的復合，還能增大半導體材料與電解液的接觸面積，擴大活性表面積。Beermann 等人在較早的時6


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